用于通过由固定长度的线缆拴系至地面的动力翼型的飞行将风能转换为电能的系统，不 ...的利记博彩app
【专利摘要】一种方法和系统，其用于通过至少一个动力翼型(10)的飞行将风能转换为电能或机械能，该动力翼型通过一根或多根线缆(11)拴系至地面单元(9)，该地面单元通过该动力翼型沿交替位移的路径(12)移动以驱动发电机(13)，其中交替位移的路径(12)是可定向的，来将自身设在基本与风(W)的方向正交的方向(17)上。在动力翼型(10)的飞行阶段期间、在产生能量的状态下，线缆(11)的长度保持恒定。
【专利说明】用于通过由固定长度的线缆拴系至地面的动力翼型的飞行将风能转换为电能的系统，不具有被动阶段，并且具有对风的状况的自动适应
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将风能转换为电能的系统，该系统利用单元沿预定路径的交替运动，该单元设在地面上并且由动力翼型(power wind profile)拉拽。所述翼型通过至少一根线缆拴系至地面单元，并且由有目的地设置的控制系统自动地控制。将地面单元连接至翼型的线缆或多根线缆在系统的正常运行期间具有固定的长度。通过适当地改变地面单元的路径，转换系统能够自动地适应风的方向的变化，以便优化能量的生产。地面单元的路径以两种可能的形状提出，也即，直线的线段或圆周的弧，但通常可为多种形状。
[0002]此外，本发明涉及一种最佳调节的策略，在下列基础之上:风的强度作为离地平面的高度的函数，风的强度作为用于所述系统的线缆的长度的函数，该系统用于将风能转换为电能或机械能。
[0003]此外，本发明涉及一种系统，其用于将前述的转换系统和上文的创新应用于海洋领域，特别地用于开发离岸风。
[0004]同样地，本发明涉及一种动力翼型的飞行的自动控制策略，该动力翼型用于将风能转换为电能的所述系统，该策略能够考虑风的状况来最大化能量的生产，与此同时，防止对系统的完整性潜在地有害或危险的运行状态。
[0005]最后，本发明涉及一种系统，在用于将风能转换为电能的所述系统的反向运动的阶段期间，也即，当地面发电单元抵达预设路径的端点并且开始沿同一路径在相反的方向上运动的时候，该系统用于能量的回收和管理。
【背景技术】
[0006]在从科学性质到通俗水平的杂志上发表的一些论文以及从一些在先专利，对本领域已知的是用于通过装置的方式转换风能的方法，该装置能够将由风源产生的机械能转换为某些其他形式的能量，典型地为电能，该装置使用通过线缆的方式连接至其上的动力翼型(通常称为“风筝”)从风提取(subtract)能量。例如，美国专利号US 3，987，987、US 4，076，190、US 4，251，040、US 6, 254, 034 BK US 6, 914, 345 B2、US 6, 523, 781 B2、US 7,656,053以及国际申请第W0/2009/035492号描述了系统，这些系统用于通过动力翼型的飞行的控制而将风流的动能转换为电能，这些动力翼型通过一根或多根线缆连接至地面。在诸多此类系统中，至少一个翼型通过线缆连接至操纵及能量产出单元，该单元固定在地面上，并且该翼型被循环地引导通过牵引阶段和回收阶段，在牵引阶段中该翼型由风推动上升，并且在这期间，线缆的解缠使地面单元的发电机转动，该发电机设计为用于产生电能；在回收阶段中翼型通过线缆的再缠绕而回收，然后被操纵以便开始另一牵引阶段。所述解决方案体现了具有地面结构的优点，该地面结构具有已包含的成本(contained-cost)并且相对容易建造。然而，存在线缆以可为高的速率和带有相当大的牵引力来缠绕和解缠的持续运动的相当大的缺点。随之而来的是，可引发线缆的磨损的相当大的问题，伴随有由于其频繁的更换而导致的随之产生的高成本以及在所述更换操作期间的发电机不工作。
[0007]此外，已知的解决方案，诸如欧洲专利第EP I 672 214 BI号中描述的一个解决方案，其中地面单元由环形的旋转木马式转盘(carousel)组成,通过一系列的动力翼型而投入旋转，并且能量由旋转木马式转盘的旋转运动产生。所述解决方案也可通过以协调的方式沿环形轨道移动的一系列的地面单元来获得，例如，如在M.Canale、L.Fagiano和M.Milanese的论文《使用受控动力风筝的高空风能生产》(High Altitude Wind EnergyGeneration Using Controlled Power Kites)中所描述，该论文发表于《IEEE控制系统技术学报》2010 年第 18 期第 279 至 293 页(IEEE Transactions on Control SystemTechnology N0.18，pp.279 - 293，2010)。所述旋转木马式转盘解决方案能以可变的线缆长度和以固定的线缆长度来运行。除了从旋转木马式转盘的旋转运动获得的能量之夕卜，带有可变的线缆长度的旋转木马式转盘解决方案使能量也能够从线缆的解缠的运动获得，但如先前对用于固定在地面上的构造所提到，该解决方案展现出线缆的磨损的缺点，并且具有更高的成本和相当大的建造复杂性。带有固定线缆长度的旋转木马式转盘解决方案展现出有限的线缆磨损的优点；然而，由于所谓“被动阶段”，该解决方案仅能产生有限量的能量，该被动阶段对于在与风相反的方向上以大约70°的旋转角度拉拽翼型是必要的。
[0008]上文概述的因素由在M.Milanese、L.Fagiano和D.Piga的论文《控制:作为对风能发电中的根本创新的关键技术》(Control as a key technology for a radicalinnovation in wind energy generation)中展现的理论研究和数字分析所支持,该论文发表于在马里兰州巴尔的摩举行的2010年美国控制会议(American Control Conference2010，Baltimore, MD)，并且在相应的会议论文集上发表，其中清楚地显现了上述的所有解决方案的缺点和优点，这些解决方案涉及以上的基于动力翼型的飞行的发电系统，这些系统带有设在地面上的发电单元。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，通过提供一种系统来解决当前构造中展现的上述的所有问题，该系统用于通过拴系至地面的动力翼型的飞行来将风能转换为电能，在其中，能量通过地面单元沿预定路径的交替运动而产生。所述系统通过以固定长度的线缆运行来产生能量，因此防止了线缆磨损的问题。此外，由于地面单元的路径的恰当选择，除了由于维护的原因或由于风的缺乏的翼型起飞和降落的短暂时间，该系统不展现出被动阶段，因此在给予相同的动力翼型特性的情况下，相比于当前的解决方案能够产生更多的能量。在现有技术中已知的是名为“婴儿车(buggy) ”的系统，该系统在《风筝基金会期刊》杂志2004年秋季第 16 期(Drachen Foundation Journal, N0.16, Autumn 2004)中发表，由 Joe Hadzicki所著。该“婴儿车”系统能够以恒定的线缆长度运行并且不出现被动阶段；然而，该系统受限于此，是由于其仅在妥善确定的风的方向的值的最佳状况下运行，而当所述状态变化时，产生的能量减少。本发明使这些缺陷在一定程度能够被克服，是由于本发明能够适应风的方向的变化。最后，本发明设想了离岸环境的应用的可能性，相比于当前的离岸技术，本发明的大的优点在于，除了能够获得高空风能(high-altitude-wind power)外,还在于不需要至海床的基座(foundation)或锚定(anchorage)。相比于基于传统风力塔楼(wind tower)的现有解决方案，所有这些特性使得风能的离岸发电的成本能够可观地降低，并且安装场地的数目能够可观地增加。
[0010]如将从描述的结果显现，本发明的上文和进一步的目的以及优点以一种用于将风能转换为电能的方法来实现，该方法基于翼型的飞行，该翼型以盛行(prevalently)的固定长度的线缆拴系并且适应于风的方向，该方法如在权利要求1和从属至其的权利要求中所限定；又以一种系统实现，该系统如在权利要求15和从属至其的权利要求中所限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]本发明将参考附图，通过在本发明中的一些优选实施例而更详细地描述，这些实施例作为非限制性实例提供，其中:
【权利要求】
1.一种用于通过至少一个动力翼型的飞行来将风能转换为电能或机械能的方法，该动力翼型通过至少一根线缆拴系至地面单元，该地面单元由所述动力翼型沿交替位移的路径移动以驱动发电机装置，其特征在于，所述交替位移的路径是可定向的，以便将其自身设定在基本与风的方向正交的方向上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述动力翼型的飞行阶段期间、在能量产生的情况下，所述至少一根线缆的长度保持恒定。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在测量与所述动力翼型相对于地面的高度相关的风的强度以及其梯度的基础之上，确定所述至少一根线缆的恒定长度的值。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其特征在于，以适应的方式确定所述至少一根线缆的恒定长度的值作为由所述发电机装置产出的电能的函数。
5.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，所述交替位移的路径是直线的，并且围绕通过其中心的垂直轴定向。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述交替位移的路径是弯曲的。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述位移的弯曲路径为圆周的弧线，该弧线围绕通过其旋转中心的垂直轴在角度上可变化。
8.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述交替位移的路径位于地面上，其特征在于，所述路径相对于地面的定向通过滚动接触获得。
9.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，所述地面单元非滑动接触地沿所述交替位移的路径引导。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述接触通过应用至所述地面单元并且操作地连接至所述发电机装置的滚动构件提供。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，其设想了所述滚动构件的受控操纵。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述滚动构件经受制动，该制动用于所述地面单元相对于所述交替位移的路径的反向运动，并且制动能量被回收，以用于在随后的反向运动中加速所述地面单元。
13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述交替位移的直线路径位于漂浮的液体表面上。
14.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述交替位移的路径与所述地面单元一起组成线性马达/发电机。
15.一种用于通过至少一个动力翼型的飞行将风能转换为电能或机械能的系统，该动力翼型通过至少一根线 缆拴系至地面单元，该地面单元由所述动力翼型沿交替位移的路径移动以驱动发电机装置，其特征在于，所述系统包括用于将所述交替位移的路径定向在基本与风的方向正交的方向上的装置。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，还包括用于测量与所述动力翼型相对于地面的高度相关的风的强度以及其梯度的装置，以及在所述动力翼型的飞行阶段期间、在能量产生的情况下用于维持所述至少一根线缆为恒定长度的装置，该恒定长度被选择为测得的强度和梯度的函数。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其特征在于，其包括用于测量由所述发电机装置产生的电能的装置，以及在所述动力翼型的操作飞行的阶段期间用于维持所述至少一根线缆为恒定长度的装置，该恒定长度被选择为测得的电能的函数。
18.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其特征在于，所述交替位移的路径由引导轨道限定，并且在于，所述地面单元设有与所述引导轨道接合的滚动构件。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述地面单元的所述滚动构件操作地连接至所述发电机装置。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的系统，其特征在于，所述引导轨道是直线的。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述直线的引导轨道可围绕通过它们的中心的垂直轴定向。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述引导轨道设有用于在地面上滚动的构件。
23.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其特征在于，所述地面单元设有用于在地面上滚动的构件，该构件可被操纵来限定所述交替位移的路径。
24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，所述地面单元的所述滚动构件操作地连接至所述发电机装置。
25.根据权利要求18或权利要求19所述的系统，其特征在于，所述引导轨道是环形的，并且所述交替位移的路径由所述环形引导轨道的角度可变的段组成。
26.根据权利要求16或权利要求21所述的系统，其特征在于，操作地与所述滚动构件相关联的是制动装置，该装置用于所述地面单元相对于所述交替位移的路径的反向运动；以及用于在随后的反向运动中用于加速所述地面单元的制动能量的回收的装置。
27.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其特征在于，所述交替位移的路径由引导轨道限定，并且在于，所述轨道和所述地面单元构成能够产生能量的线性发电机/马达。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述线性发电机/马达能够将所述地面单元的运动转换为电能，还能够制动所述地面单元，并且能够实现制动能量的回收，该能量用于在随后的反向运动中加速所述地面单元。
29.根据权利要求15或权利要求16所述的系统，其特征在于，所述单元由漂浮在液体表面上的主体组成。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，所述漂浮主体的所述发电机装置包括水下的涡轮机，该涡轮机可被驱动来确定所述交替位移的方向。
【文档编号】F03D5/02GK103748357SQ201280024858
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年3月22日 优先权日:2011年3月23日
【发明者】L.法吉亚诺, M.米拉内塞 申请人:能源配备有限公司